R&S su socio para antenas

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1 R&S su socio para antenas RSES Día de puertas abiertas 31 de Mayo de 2011 Agustín Martín Proyectos María Durán Radiomonitorado ROHDE & SCHWARZ España, S.A. Radiomonitorado Salcedo Madrid España Tel: Internet:

2 Sumario 0 Introducción 1 Competencias 1.1 Mercados, cartera y referencias 1.2 Historia 1.3 Herramientas / técnicas 2 Ejemplos seleccionados de tecnologías usadas 2.1 Antenas activas 2.2 Antenas Log. Periodicas 2.3 Antenas de reflector parabólico 3 Capacidades 3.1 Revisión de productos 3.2 Antenas para communicaciones 3.3 Antenas para aplicaciones de monitorado 3.4 Antenas para aplicaciones de medida 3.5 Antenas para aplicaciones de radiogoniometría 4 Flexibilidad 4.1 Soluciones personalizadas para aplicaciones navales 4.2 Antenas personalizadas para monitorado en HF 05/2011 R&S su socio para antenas 2

3 Introducción l l Experiencia de sistemas integrados en todo el mundo (R&S está presente en más de 70 países además de Alemania) Experiencia local con profesionales altamente cualificados en clientes civiles y militares (Ministerio de Defensa, Ministerio del Interior, SETSI, Organismos locales, operadores, etc) l Integración basada en sistemas COTS l Diseño modular con objetivos de eficiencia, ergonomía y economía 05/2011 R&S su socio para antenas 3

4 Introducción l l El departamento de antenas de R&S se integra en la División de Radiomonitorado y Radiolocalización Fabricación de antenas para aplicaciones propias conectadas a la gama de productos de R&S l Desde la fase de diseño hasta la producción l Sistemas de antenas específicos y diseños a medida para aplicaciones especiales 05/2011 R&S su socio para antenas 4

5 Introducción Diagrama de Bloques de un Enlace de Radiocomunicaciones Transmisor Antena Antena Transmisora Transmisora Ruta de propagación Antena Antena Receptora Receptora Receptor Una antena es un elemento importante en un sistema de comunicación, radiogoniometría, monitorado o medidas, como un eslabón de una cadena. 05/2011 R&S su socio para antenas 5

6 Introducción El Diseño de la Antena Depende del Rango de Frecuencia Operativo Tipos de propagación de la onda: Superficie, ionosférica y comunicación en espacio libre khz MHz MHz 1 GHz 05/2011 R&S su socio para antenas 6

7 Introducción Antenas de Rohde & Schwarz (Cubriendo desde 100 Hz a 40 GHz) Programa Standard Antenas de Comunicaciones Antenas receptoras para radiomonitorado Antenas de medidas Antenas de radiogoniometría Sistemas de Antenas Proyectos llave en mano para Comunicaciones en HF y V/UHF Sistemas personalizados de monitorado y localización Soluciones especiales de antenas 05/2011 R&S su socio para antenas 7

8 Competencias Desarrollo de Productos de Antena, superior respecto a: Inovación, aplicación, calidad, fiabilidad, soporte post-venta Centro de competencias Cartera Antenas de comunicaciones (para uso fijo y móvil) Antenas de monitorado (pasivas y activas) Antenas de medida con calibración individual Antenas de radiogoniometría Simulación de antenas y fabricación Proyectos de antenas diseñadas por el cliente Estudios de antenas Referencias Sistemas para EADS, THALES, Indra, NEC, Instalaciones militares en todo el mundo (e.g. clientes en Alemania, Reino Unido, España, Holanda, Francia, Noruega, Italia, USA, America, así como en Asia, Africa y Australia) Laboratorios de medidas Autoridades civiles de monitorado ( e.g. autoridades reguladoras, policia, servicios de inteligencia, etc.) Centros de prueba industrial de NOKIA, BMW, VW, etc. 05/2011 R&S su socio para antenas 8

9 Competencias - Historia Conocimientos en desarrollo de antenas de aprox. 60 años Algunos puntos a destacar: Antenas para radiodifusión 1950 Primeras antenas log. per. para aplicaiones en onda corta (hasta 500 kw) 1964 Primer sistema en el mundo de antenas activas para polarización hor. y vert Sistema de antena directiva manualmente dirigibleble AC008 de 1 GHz a 18 GHz 1984 La mas pequeña antena rotable log. per. de HF del mundo HL Dipolo de HF de 1kW HX002 con ATU integrada totalmente automatica 1987 Sistema de antena de medida activa de alta sensibilidad TEMPEST AM Sistema de antena directivas de mano HE200 de 10 khz a 3 GHz 1997 Antena activa móvil banda sumamente ancha, HE500 de 20 MHz a 3000 MHz 2001 Antenas coms. de altas prestaciones HK055xx de 27.5 MHz a 600 MHz 2004 Antena CESM compacta para submarinos ADD216 de 300 khz a 3 GHZ 2005 Antena de bocina de ganancia plana double-ridged HF907 de 0.8 GHz a 18 GHz 2007 Sistema de antena directiva unica de mano HE300 de 9 khz a 7.5 GHz /2011 R&S su socio para antenas 9

10 Competencias - herramientas / técnicas Software de Simulación l CONCEPT, Vers.:10.0 l FEKO, Suite 6.x l GRASP, Vers.: 8.x l CST MICROWAVE Studio ( ( ( ( Sitios de Medida y Prueba l Rango de prueba de campo abierto (en laboratorio) l Cámara anecoica (en laboratorio) l Rango de prueba de campo abierto (en area rural) l Sitio de calibración de antena acreditado (en fábrica) 05/2011 R&S su socio para antenas 10

11 Tecnologías usadas Antenas Activas Idea Basica P P S La longitud de los radiadores determina el nivel de salida de la señal P S/N... por debajo de una cierta cantidad... P N P E S / N P S P N P E Acortar el radiador NO afecta a la relación S/N!!! La calidad de recepción no esta solo relacionada con el nivel de tensión de la señal en el receptor. Es mas importante la relación señal-a-ruido (S/N) a la salida del receptor! Antenna length Solo hasta que el ruido del receptor P E alcanceel ruidoexternop N P S = nivel de señal P N = nivel ruido externo P E = nivel ruido receptor 05/2011 R&S su socio para antenas 11

12 Tecnologías usadas Antenas Activas en Principio Monopolo Dipolo Las Antenas Activas solo pueden usarse en recepción 50 Ω output Radiadores electricamente cortos Plano de tierra Conversión de impedancia & algo de amplificación 50 Ω output Radiador electricamente corto + tensión en circuito abierto en la antena + adaptación de impedancia a la impedancia del cable = Antena Activa 05/2011 R&S su socio para antenas 12

13 Tecnologías usadas Antenas Activas: Sentido en la Práctica pasiva activa aprox. 12 m 1.5 MHz a 30 MHz aprox. 1 m 9 khz a 80 MHz Ventaja: - mayor banda de frecuencia - menor dimensión 05/2011 R&S su socio para antenas 13

14 Tecnologías usadas Antena Activa. Consideraciones de Diseño Hay dos propósitos ligeramente contradictorios: Pro. 1: La antena activa deberá alcanzar maxima sensibilidad respecto al ruido externo esperado. selección del circuito activo con figura de ruido razonable Pro. 2: La antena activa deberá tener buena protección contra señales fuertes interferentes no importa si se generan interna o externamente a la antena activa propiamente. - las señales externas fuertes se pueden evitar eligiendo bien y cuidadosamente la ubicación e instalación de la antena (not demasiado alta, buen plano de tierra) - la generación interna de espurios esta causada por amplificadores no-lineales son necesarios valores altos de IP3 e IP2! El margen entre los propósitos 1 y 2 es llamado Rango Dinámico 05/2011 R&S su socio para antenas 14

15 Tecnologías usadas El Array de Dipolos Log. Periodico (LPDA) La antena log. periodica se define como una estructura cuyas propiedades electricas varían periodicamente con el logaritmo de la frecuencia. Las antenas Log. periodicas fueron introducidas al final de los 1950s. s n Dirección de la radiación principal l n α Alimentación (alternada Aplicaciones: Antenas de Monitorado Antenas de Medida Antenas de iluminadores Comunmente usadas dese 1 MHz hasta 30 GHz ln s + 1 n 1 = + = const. l s n n 05/2011 R&S su socio para antenas 15

16 Tecnologías usadas Principio de Antenas Log. Periodica En las antenas log. periodicas hay siempre justo un par de radiadores activos cuyas longitudes se encuentran a λ/2 de la frecuencia real. Esto se llama la zona activa. Para frecuencias altas la zona activa se mueve hacia la punta de la antena, para frecuencias bajas se encuentra al final de los radiadores mas largos. Zone activa La Zona Activa es solo una parte del tamaño total de la antena relativamente baja ganancia comparado con el tamaño total f Ventajas: rango de frecuencias extremadamente grande (teoreticamente sin limitaciones) Desventajas: pobre ganancia por tamaño 05/2011 R&S su socio para antenas 16

17 Tecnologías usadas Diagrama de Radiación de Antenas Log. Periodica (tip.) HPBW: aprox. 65 HPBW: aprox. 120 Diagrama de radiación y gananacia casi constante en el rango operativo de frecuencias. 05/2011 R&S su socio para antenas 17

18 Tecnologías usadas Antenas de Reflector Parabolico (1) La propagación de ondas electromagneticas en el rango de microondas sigue las reglas de la física optica Angulo de incidencia ε = angulo de reflexión ε r ε ε r Un reflector parabolico enfoca un frente de onda a su foco Colocando una antena iluminadora en el foco de un reflector con el tamaño apropiado permite alcanzar valores de muy alta ganancia y como consecuencia anchos de haz muy estrechos Los reflectores parabolicos pueden ser de una estructura solida o mallada la malla reduce el límite superior de frecuencia Superficie parabolica Vertice o opex Foco Frente de onda Eje de haz 05/2011 R&S su socio para antenas 18

19 Tecnologías usadas Antenas de Reflector Parabolico (2) Mecanicamente los reflectores se caracterizan por su diametro D y su relación F/D. Rango de relaciones típicas F/D de 0.25 a 0.5 Los sistemas reflectores difieren debido a la posición del iluminador en relación al reflector F distancia focal del reflector D diametro del reflector Iluminación Offset Iluminador Cassegrain Reflector con iluminador principal 05/2011 R&S su socio para antenas 19

20 Tecnologías usadas Antenas de Reflector Parabolico (3) Las antenas comunes de iluminación de platos parabolicos son: Antenas de bocina Antenas Dipolo (opcionalmente con plato reflector adicional) Arrays de dipolos Log. periodico Etc. La polarización del iluminador determina la polarización de la antena de reflector parabolico. La ganancia de las antenas parabolicas se pueden calcular por: g [ dbi ] 10 log π D η λ 2 η (eficiencia de apertura) esta generalmente entre 50% y 55% D es el diametro del reflector λ es la longitud de onda 05/2011 R&S su socio para antenas 20

21 Tecnologías usadas Antenas de Reflector Parabolico (4) Ganancia típica y ancho de haz a 3dB (HPBW) de un reflector de 0.9 m de diametro con un iluminador log. periodico Las antenas de reflector parabolico tienen muy bajo HPBW por lo tanto requieren muy alta precision en el posicionamiento 05/2011 R&S su socio para antenas 21

22 05/2011 R&S su socio para antenas 22 Capacidades: Vistazo a productos de antenas

23 Capacidades: Antenas para comunicaciones Rango de frecuencia cubierto d 1.5 MHz a 2 GHz para potencias de Tx hasta 1.5 kw aun para condiciones de entorno mas duras 05/2011 R&S su socio para antenas 23

24 Capacidades: Antenas para aplicaciones de medida Rango de frecuencia cubierto de 100 Hz a 26.5 GHz para potencias de Tx hasta 10 KW para uso en cámaras apantalladas así como exterior 05/2011 R&S su socio para antenas 24

25 Capacidades: Antenas para aplicaciones de monitorado Rango de frecuencia de 10 khz a 40 GHz ganancias de antena hasta 50 dbi para uso movil, semi-movil o fijo 05/2011 R&S su socio para antenas 25

26 Capacidades: Antenas para aplicaciones de radiogoniometría Rango de frecuencia de 300 khz a 3 GHz para uso movil, semi-movil o fijo 05/2011 R&S su socio para antenas 26

27 Flexibilidad Antenas en buques Antenas de Comunicaciones personalizadas para UHF y Link 16 05/2011 R&S su socio para antenas 27

28 Flexibilidad Antenas en buques Antena de comunicacion UHF R&S AD033V3 Dipolos dispuestos circularmente alrededor de una estructura de soporte central (mastil) Excelente comportamiento omnidireccional Diseñada respecto a RCS reducida Optimizada para desacoplo cuando se apilan dos antenas una sobre otra Si se neceitan antenas de este principio se puedenconstruir para mastiles de hasta 2m de diametro Diseñada para potencias TX de 600 W cw Equipar a estructuras existentes en barcos posible facilmente R&S AD033V3 Utilizable para diametros de mástil hasta 67 cm 05/2011 R&S su socio para antenas 28

29 Flexibilidad Sistema de monitorado de HF Bird's View appr. 80m Sistema de antena de monitorado de HF adaptado al cliente para un monitorado muy sensible (basado en componentes del sistema R&S AK610 y R&S AK451) 60 HL451 & RD130 HL451 & RD130 HL451 & RD130 30m 25m HL410A3 HL410A3 05/2011 R&S su socio para antenas 29